數(shù)控機床的發(fā)展方向

1、數(shù)控機床的發(fā)展方向離散型制造業(yè)現(xiàn)代化的趨勢是發(fā)展計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)，其特點是將產(chǎn)品設(shè)計、制造和經(jīng)營管理都統(tǒng)一由計算機處理和控制，使整個制造廠形成一個統(tǒng)一的大型機電控制系統(tǒng)。在CIMS中整個產(chǎn)品的加工過程是在數(shù)控機床上實現(xiàn)的，數(shù)控機床是CIMS中實現(xiàn)加工任務(wù)的底層加工設(shè)備，是實現(xiàn)制造過程自動化的基礎(chǔ)，數(shù)控機床的核心是計算機數(shù)控技術(shù)和裝置。近年來，機械制造業(yè)設(shè)備的數(shù)控化率迅速提高，數(shù)控銑床、數(shù)控立式車床、立式加工中心和臥式加工中心等數(shù)控機床的應(yīng)用越來越普及。與普通機床相比，數(shù)控機床是一種高效率的自動化設(shè)備它的效率高于普通機床的23倍，所以，要充分發(fā)揮數(shù)控機床的這一特點，必須熟練掌握其性

2、能、特點、使用操作方法，同時還必須在編程之前正確地確定加工方案。數(shù)控機床具有許多顯著的工藝特點和編程技巧，如能充分挖掘數(shù)控機床的性能特點，靈活應(yīng)用，在工藝和編程上打破常規(guī)，采用非常規(guī)的加工工藝和編程方法，可大幅提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少刀具消耗，大大降低加工成本。理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合圖樣的合格工件，同時應(yīng)能使數(shù)控機床的功能得到合理的應(yīng)用和充分的發(fā)揮。另外，數(shù)控機床與傳統(tǒng)的普通機床、專用機床相比，具有加工零件柔性化、適合于多品種零件小批量加工的優(yōu)點，同時具有加工出的零件形位精度高、易實現(xiàn)一人多機操作等優(yōu)點。但是，在零件的大批量生產(chǎn)中，其與專用機床如多工位組合鉆床、立臥組合鏜床以及

3、多軸車床相比，會暴露出其工序過于集中、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)節(jié)拍時間長、刀具消耗成本高隨著數(shù)控機床在零件大批量生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用，提高生產(chǎn)效率、減少節(jié)拍時間、降低刀具消耗和降低零件的加工成本成為用戶急需解決的問題。作為機械裝備母機，機床制造業(yè)發(fā)展來源于其下游產(chǎn)業(yè)推動，機床行業(yè)下游產(chǎn)業(yè)主要有造船、工程機械、航空航天、汽車、鐵路、電力設(shè)備、風(fēng)電設(shè)備、動力設(shè)備、制冷設(shè)備和石化設(shè)備等。隨著我國航空航天業(yè)發(fā)展，勢必帶動促進(jìn)裝備制造業(yè)發(fā)展。由于航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件具有耐高溫、高強度、難加工、合金材料與復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多、工藝要求高等特點，要求機床加工設(shè)備向大型(重型、超重型)、高速、精密、復(fù)合、智能化趨勢發(fā)

4、展。航空發(fā)動機及其零部件加工需要大量高精度機床作支撐，發(fā)動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體機匣、葉片加工需要多功能、高精度數(shù)控機床，如數(shù)控立車、數(shù)控精密鏜床五軸加工心等。為此，航空航天業(yè)對機床要求高，加之歐美、日本等國外強勢機床企業(yè)進(jìn)駐與當(dāng)前國際金融危機影響下不明朗的環(huán)境，應(yīng)進(jìn)一步加速推動國內(nèi)機床調(diào)頭向高端發(fā)展。我國正處于對傳統(tǒng)生產(chǎn)方式進(jìn)行現(xiàn)代化改進(jìn)階段，不論是鐵路建設(shè)電站建設(shè)、船舶制造、航空航天建設(shè)，還是汽車、工程機械、軍工行業(yè)，均需要大量的高端機床來支撐。而我國高檔重型數(shù)控機床95依賴國外進(jìn)口。為加強與國外同行競爭優(yōu)勢，解決我國在發(fā)展高檔重型數(shù)控機床過程中的關(guān)鍵、核心問題，在國家高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備

5、重大科技專項中，體現(xiàn)出國家急需的高檔數(shù)控重型機床涵蓋了重型機床系列的最主要產(chǎn)品，也反映出市場需求的發(fā)展趨勢以及對產(chǎn)品技術(shù)水平要求方向。“專項”中有7臺高檔數(shù)控機床屬于重型機床行業(yè)范疇，說明國家對發(fā)展高檔數(shù)控重型機床產(chǎn)品的期待，牽涉到的多臺高檔數(shù)控重型機床產(chǎn)品既是國家急需的高檔裝備制造設(shè)備，也代表了重型機床行業(yè)的技術(shù)發(fā)展方向。當(dāng)前，世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家十分重視制造業(yè)的現(xiàn)代化，將機床效控技術(shù)作為增強制遣業(yè)國際競爭能力的基礎(chǔ)。日本多年來在機床數(shù)控技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，在世界市場的數(shù)控系統(tǒng)總產(chǎn)量中日本公司占50%以上。1986年美國政府提出振興美國機床工業(yè)行動計劃，其目標(biāo)是恢復(fù)美國機械制造業(yè)的世界領(lǐng)

6、先地位。并于1989年開始實旋研制下一代機床控制器。歐共體也在ESPRIT計劃中大力推進(jìn)制造業(yè)的現(xiàn)代化。目前，世界上計算機數(shù)控裝置的年產(chǎn)量約在15萬臺左右，主要為日、美、德等國所生產(chǎn)，約占世界總產(chǎn)量的80%。日、美兩國數(shù)控機床占其機床總擁有量的份額已接近12%，日本數(shù)控機床的年產(chǎn)量接近其機床年總產(chǎn)量的三分之一，而數(shù)控機床的產(chǎn)值約為機床年總產(chǎn)值的四分之三。縱觀世界上機床效控技術(shù)的未來發(fā)展，集中表現(xiàn)在六個方面：1大力推進(jìn)下一代CNC開放式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。包括分級控制機構(gòu)及其功能分解按系統(tǒng)、子系統(tǒng)、模塊的三級結(jié)構(gòu)設(shè)計；工作站內(nèi)部功能分布式控制和虛擬控制；制造語言、傳遞報文、人一機界面、操作系

7、統(tǒng)、傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和實時效據(jù)的管理等的標(biāo)準(zhǔn)化。CNC技術(shù)當(dāng)前發(fā)展水平主要表現(xiàn)在下列一些方面：普遍采用面向總線的功能分布式的體系結(jié)構(gòu)。采用32位復(fù)雜指令徽處理器(CISC)芯片或64位的精筒指令處理器(RISC)芯片，而且是多處理器系統(tǒng)。實時多進(jìn)程的操作系統(tǒng)?？蓪崿F(xiàn)連續(xù)微小程序段的高速加工。1ram程序段的連續(xù)指令在DNC狀態(tài)運行，可達(dá)到60120mmin的運行速度。 具有多種插補功能。 控利精度達(dá)01m的壘數(shù)字式伺服進(jìn)給系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速可達(dá)50000rpm的主軸系統(tǒng)。控制軸效大于15。具有高速通信功能，能滿足MAP通信協(xié)議要求，強有力的人一機界面和自動編程功能。2高性能(高速、高精度、高效率)控制

8、技術(shù)的實現(xiàn)。包括自由曲面的高速切削進(jìn)給和高精度加工；采用知識庫、推理機制等人工智能技術(shù)自動生成軟件利用專家系統(tǒng)進(jìn)行有效的故障診斷；新型高速主軸系統(tǒng)的研究等。3適用于高性船控制系統(tǒng)的加工算法。多軸聯(lián)動效控加工過程的動力學(xué)模型致控加工工藝參效的匹配和優(yōu)化；數(shù)控加工過程中各種機械誤差的自動補償和修正技術(shù)；快速插補算法和多維復(fù)雜曲面的加工及其跟蹤顯示等。4高精度和新型伺服系統(tǒng)。主要有高性能交流伺服電機；進(jìn)給用直線電機伺服系統(tǒng)：基于DSP和RISC芯片的全數(shù)字伺服系統(tǒng)；提高伺服系統(tǒng)快速響應(yīng)特性的技術(shù)；滑模變結(jié)構(gòu)控制，參數(shù)自適應(yīng)控制，非線性解藕控制等現(xiàn)代控制理論應(yīng)用于伺服控制，以提高控制性能和精度；采用新

9、型電力電子器件的PWM技術(shù)和變換器，以實現(xiàn)低損耗，無噪聲。5高可靠性。作為CIMS系統(tǒng)的底層，要求數(shù)控機床的MTBF在2萬小時以上，甚至達(dá)到lO萬小時。因此要針對效控機床進(jìn)行經(jīng)典模型和隨機過程模型的研究，并結(jié)合效控機床的特點研究其電磁兼容問題和可靠性評價方法。6靈活多樣的自動編程技術(shù)。發(fā)展小型而功能強的語言自動編程系統(tǒng)；開拓面向車問的自動編程系統(tǒng)、計算機圖形輔助數(shù)控編程；語音編程以至視覺編程。分析我國數(shù)控機床業(yè)存在問題及未來發(fā)展方向：1對我國的具體條件分析不夠充分，導(dǎo)致未能選定發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)的恰當(dāng)技術(shù)路線。發(fā)展我國數(shù)控技術(shù)，進(jìn)行引進(jìn)、消化是正確的。但未考慮到我國微電子設(shè)計制造能力嚴(yán)重落后，因

10、而沒能找到在硬件上易于和國外兼容或具備同樣功能、在軟件上能較快取得自主版權(quán)的恰當(dāng)技術(shù)路線。“六五”期間引進(jìn)的FANUC公司技術(shù)，其關(guān)鍵部位大量采用專用芯片，軟件技術(shù)嚴(yán)格控制，十分不利于參照。我國在“七五”期聞仍然采取亦步亦趨的仿制路線，事實證走了不少彎路，這種情況到“八五”初期才有所改變。2對數(shù)控裝置的特點認(rèn)識不足，對其產(chǎn)業(yè)化投有足夠的重視和支持。數(shù)控裝置及與其配套的伺服進(jìn)給系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)等要求高(高速度、高精度、高可靠，特別高可靠是數(shù)控裝置的生命線)，產(chǎn)量少，全國到2000年，年產(chǎn)量估計不會超過兩萬臺，又是多品種小批量。對其設(shè)計、制造、生產(chǎn)管理和售后服務(wù)，都必須有嚴(yán)格而科學(xué)的組織，才能向用戶提供性能價格比高，又高度可靠的產(chǎn)品，這就要求對其產(chǎn)業(yè)化給予高度重視和有效支持。3國內(nèi)對數(shù)控裝